Квант

33

После рассмотрения приближенных численных решений уравнения вычисших степеней методами проб, хорд, касательных и интерации на итоговом факультативном занятии по теме: «Приближенные решения уравнения», учащся попробали исследовать следующий метод численного решения уравнения.

Пусть на отрезке a≤x≤ba \leq x \leq b уравнение f(x)=0f(x) = 0 имеет единственный корень x0x_0, а функция f(x)f(x) непрерывна на этом отрезке и на концах его принимает значения разных знаков. Проведем хорды ACAC и BCBC для графика заданной функции на отрезке [a,b][a, b].

Запишем уравнение прямой, проходящей через точки A[b;f(b)]A[b; f(b)] и C(x0;0)C(x_0; 0):

f(b)−yf(b)−0=b−xb−x0,\frac{f(b) - y}{f(b) - 0} = \frac{b - x}{b - x_0},

из которого находится

y=f(b)−b−xb−x0f(b).y = f(b) - \frac{b - x}{b - x_0} f(b).

Аналогично запишем уравнение прямой, проходящей через точки B[a;f(a)]B[a; f(a)] и C(x0;0)C(x_0; 0):

f(a)−yf(a)−0=a−xa−x0,\frac{f(a) - y}{f(a) - 0} = \frac{a - x}{a - x_0},

Graph of the function y=f(b)−b−xb−x0f(b)y = f(b) - \frac{b - x}{b - x_0} f(b)

откуда

y=f(a)−a−xa−x0f(a).y = f(a) - \frac{a - x}{a - x_0} f(a).

Чтобы найти координаты точки пересечения этих прямых, решим систему

{y=f(b)−b−xb−x0f(b),y=f(a)−a−xa−x0f(a).\begin{cases} y = f(b) - \frac{b - x}{b - x_0} f(b), \\ y = f(a) - \frac{a - x}{a - x_0} f(a). \end{cases}

Выписьвая целочкувая收支

f(b)−b−xb−x0f(b)=f(a)−a−xa−x0f(a),f(b) - \frac{b - x}{b - x_0} f(b) = f(a) - \frac{a - x}{a - x_0} f(a),

f(b)[1−b−xb−x0]=f(a)[1−a−xa−x0],f(b) \left[ 1 - \frac{b - x}{b - x_0} \right] = f(a) \left[ 1 - \frac{a - x}{a - x_0} \right],

f(b)⋅x−x0b−x0=f(a)⋅x−x0a−x0,f(b) \cdot \frac{x - x_0}{b - x_0} = f(a) \cdot \frac{x - x_0}{a - x_0},

f(b)f(a)=b−x0a−x0,\frac{f(b)}{f(a)} = \frac{b - x_0}{a - x_0},

находим

x0=bf(a)−af(b)f(a)−f(b).x_0 = \frac{bf(a) - af(b)}{f(a) - f(b)}.

Получена формула для корня данного уравнения f(x)=0f(x) = 0! Учащся от неожиданного результата с большим возбуждением восторженной воскликнулли даже: «Эврика!».

Но через несколько минут в аудитории восстановилась тревожная тишина. Все были ошеломлены и каждого муaal вопрос: «Как же так?» Крупные учены — математики Абель и Эварист Галya для исчерпывающей доказательство, что для всех уравнений выше четвертой степени составить формулы точно решения нельзя.

Где же была допущена ошибка?

Я. М. Клейман